(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の支持軸と、
この第１の支持軸に軸支され外周面に回転方向に沿って多極着磁されたロータ磁石と、
このロータ磁石と同軸回転するように前記第１の支持軸に軸支されるロータ歯車と、
第２の支持軸と、
この第２の支持軸に軸支され前記ロータ歯車と噛み合う第１の歯車部及びこの第１の歯車部と同軸回転するように前記第２の支持軸に軸支される第２の歯車部とを有する中間歯車と、
第３の支持軸と、
この第３の支持軸に軸支され前記第２の歯車部と噛み合う出力歯車と、
少なくとも前記ロータ磁石、ロータ歯車、中間歯車、出力歯車を収納すると共に前記第１、第２、第３の各支持軸を軸支するケースと、
励磁信号入力に応じて前記ロータ磁石を回転させる励磁コイルと、
前記ロータ磁石に対向配置され、前記励磁信号入力の無い無励磁状態のときに前記ロータ磁石を所定の回転方向に付勢する２極着磁された固定磁石とを備え、
前記出力歯車に可動当接部が設けられ、前記ケースに前記可動当接部と当接することにより前記第３の支持軸の回転を停止させる固定当接部が設けられ、前記無励磁状態において前記ロータ磁石と前記固定磁石との間に作用する磁力の反発力によってもたらされる回転付勢力により前記可動当接部が前記固定当接部を押圧するように前記ロータ歯車と前記中間歯車と前記出力歯車とを連結してなる計器用ステッピングモータにおいて、
前記第１の歯車部の歯数を前記第２の歯車部の歯数の自然数倍に設定してなることを特徴とする計器用ステッピングモータ。
【請求項２】
前記ロータ磁石は前記励磁コイルにより直接駆動されることを特徴とする請求項１記載の計器用ステッピングモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば車両に搭載される指針式計器に組み込まれ、指針を駆動する計器用ステッピングモータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の計器用ステッピングモータとして、例えば下記特許文献１に記載のものが知られている。この計器用ステッピングモータは、第１の支持軸（ロータ用軸部材）と、この第１の支持軸に軸支され外周面に回転方向に沿って多極着磁されたロータ磁石（ロータ）と、このロータ磁石と同軸回転するように前記第１の支持軸に軸支されるロータ歯車（ロータギヤ）と、第２の支持軸（位置決め部材）と、この第２の支持軸に軸支され前記ロータ歯車と噛み合う第１の歯車部及びこの第１の歯車部と同軸回転するように第２の支持軸に軸支される第２の歯車部とを有する中間歯車と、第３の支持軸（指針軸）と、この第３の支持軸に軸支され第２の歯車部と噛み合う出力歯車（指針ギヤ）と、励磁信号入力に応じてロータ磁石を回転させる励磁コイルと、この励磁コイルを通じて形成される回転磁界をロータ磁石に導くヨーク（ステータ）と、励磁コイル、ロータ磁石、ロータ歯車、中間歯車、出力歯車、ヨークを収納すると共に第１，第２，第３の各回転軸を軸支するケース（ケース部材）とを備え、出力歯車には可動当接部（突起）が設けられ、ケースには可動当接部と当接することにより第３の支持軸の回転を停止させる固定当接部（ストッパ）が設けられている。
【０００３】
このように構成される下記特許文献１記載の計器用ステッピングモータは、ヨークとロータ磁石との間に働くディテントトルクによってロータ磁石を保持することができるため、励磁コイルに対して励磁信号入力が無い無励磁状態のとき（例えば車両搭載時において電源遮断時）でも指針を所定位置にとどめておくことができる。
【０００４】
一方、例えば下記特許文献２に記載の計器用ステッピングモータも知られている。この計器用ステッピングモータは、中間歯車を持たずロータ歯車と出力歯車とを直接噛み合わせる点と、ヨークを持たず励磁コイルにロータ磁石を直接駆動する点で、下記特許文献１記載の計器用ステッピングモータと異なっている。このようなタイプの計器用ステッピングモータにあっては、励磁信号入力の無い無励磁状態のときにロータ磁石を所定の回転方向に付勢する磁性部材（固定磁石）を備えており、この磁性部材の回転付勢力により出力歯車の可動当接部がケースの固定当接部を押圧するようにロータ歯車と出力歯車とを連結する必要がある。
【０００５】
そして下記特許文献２に記載のヨークレス且つ２軸構成（一段減速構成）の計器用ステッピングモータに下記特許文献１に記載の中間歯車追加による３軸構成（二段減速構成）を採用することが考えられる。この場合、磁性部材の回転付勢力により出力歯車の可動当接部がケースの固定当接部を押圧するように三つの歯車（ロータ歯車と中間歯車と出力歯車）を連結する必要がある。このように連結するには、磁性部材の対するロータ磁石（ロータ歯車）の回転位置と、固定当接部に対する可動当接部（出力歯車）の回転位置とをそれぞれ定めた後、中間歯車をロータ歯車と出力歯車との間に挿入し、両歯車を連結すればよい。
【特許文献１】特開２００１−３２７１４９号公報
【特許文献２】特開２００１−０４１９８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記特許文献１と２を組み合わせただけの構成では、中間歯車において、第１の歯車部と第２の歯車部のうち、どちらの歯車部が先に相手歯車に噛み合うかといった噛み合い順序と、第１の歯車部の歯数と第２の歯車部の歯数との相関関係について、特に考慮されていないため、ロータ歯車と出力歯車のそれぞれに対して中間歯車の回転位置（ロータ歯車と出力歯車のそれぞれに対して中間歯車のどの歯車が噛み合うか）をピンポイントで定める必要があり、組み付け作業性に難がある。なお中間歯車の位置決めを行わない場合、組み付け時に歯同士がぶつかりあって組み付け不能となったり、せっかく位置決めしたロータ歯車または出力歯車の位置がずれてしまう。
【０００７】
本発明は前述した問題点に着目し、中間歯車の位置決めを不要とし、組み付け作業性に優れる計器用ステッピングモータを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、前述した課題を解決するため、第１の支持軸と、この第１の支持軸に軸支され外周面に回転方向に沿って多極着磁されたロータ磁石と、このロータ磁石と同軸回転するように前記第１の支持軸に軸支されるロータ歯車と、第２の支持軸と、この第２の支持軸に軸支され前記ロータ歯車と噛み合う第１の歯車部及びこの第１の歯車部と同軸回転するように前記第２の支持軸に軸支される第２の歯車部とを有する中間歯車と、第３の支持軸と、この第３の支持軸に軸支され前記第２の歯車部と噛み合う出力歯車と、少なくとも前記ロータ磁石、ロータ歯車、中間歯車、出力歯車を収納すると共に前記第１、第２、第３の各支持軸を軸支するケースと、励磁信号入力に応じて前記ロータ磁石を回転させる励磁コイルと、前記ロータ磁石に対向配置され、前記励磁信号入力の無い無励磁状態のときに前記ロータ磁石を所定の回転方向に付勢する２極着磁された固定磁石とを備え、前記出力歯車に可動当接部が設けられ、前記ケースに前記可動当接部と当接することにより前記第３の支持軸の回転を停止させる固定当接部が設けられ、前記無励磁状態において前記ロータ磁石と前記固定磁石との間に作用する磁力の反発力によってもたらされる回転付勢力により前記可動当接部が前記固定当接部を押圧するように前記ロータ歯車と前記中間歯車と前記出力歯車とを連結してなる計器用ステッピングモータにおいて、前記第１の歯車部の歯数を前記第２の歯車部の歯数の自然数倍に設定してなることを特徴とする。
【０００９】
また本発明は、前記ロータ磁石は前記励磁コイルにより直接駆動されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、初期の目的を達成することができ、中間歯車の位置決めを不要とし、組み付け作業性に優れる計器用ステッピングモータを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を、ステッピングモータを用いた計器装置に基づいて説明する。図１から図５は、本発明の一実施形態を示すものである。
【００１２】
本実施形態の計器装置Ｍに用いられるステッピングモータ１は、多極着磁されたロータ磁石２と、ロータ磁石２に固定されたロータ歯車３と、ロータ歯車３と噛み合う第１の歯車部４ａとこの第１の歯車部４ａと同軸上に設けられた第２の歯車部４ｂとを有する中間歯車４と、中間歯車４の第２の歯車部４ｂと噛み合う出力歯車５と、回転磁界を発生してロータ磁石２に回転力を与える２つの励磁コイル９と、ロータ磁石２の回転中心となる金属製（例えばステンレス製）の第１の支持軸１０と、中間歯車４の回転中心となる金属製（例えばステンレス製）の第２の支持軸１１と、出力歯車５の回転中心となる金属製（例えばステンレス製）の第３の支持軸６と、ロータ磁石２に対向配置された固定磁石（磁性部材）７と、ロータ磁石２、ロータ歯車３、中間歯車４、出力歯車５、励磁コイル９、固定磁石７を収容し、第１の支持軸１０、第２の支持軸１１、第３の支持軸６を支持するケース１２とを有するものである。
【００１３】
ロータ磁石２は、いわゆるプラスチックマグネットと呼ばれる磁性を有する合成樹脂からなり、その形状は円形で、中心に貫通孔を備えたドーナツ形状である。この貫通孔を、ロータ歯車３と第１の支持軸１０が貫通している。ロータ磁石２は、その回転軸を中心として、放射方向に均等となるように、多くの磁極を備えている。本実施形態では、Ｎ極が２つ、Ｓ極が２つの計４つの磁極を備えている。従って、第１の支持軸１０を中心の軸として、回転すると、ロータ磁石２の外周面に回転方向に沿って多極着磁されている。
【００１４】
ロータ歯車３は、合成樹脂、例えばＰＯＭ（ポリアセタール）からなり、前述したように、ロータ磁石２の回転に伴って同軸回転する。また、第１の支持軸１０がロータ歯車３を貫通することで第１の支持軸１０に支持されている。
【００１５】
中間歯車４は、合成樹脂、例えばＰＯＭ（ポリアセタール）からなり、第１の歯車部４ａと第２の歯車部４ｂとを一体に備えている。第１の歯車部４ａは、ロータ歯車３と噛み合う。また、第２の歯車部４ｂは、出力歯車５と噛み合う。第１の歯車部４ａと第２の歯車部４ｂとは、回転中心となる第２の支持軸１１によって同軸上に支持され、且つ互いに同軸回転する。
【００１６】
出力歯車５も、ロータ歯車３、中間歯車４と同様に、合成樹脂、例えばＰＯＭ（ポリアセタール）からなり、中間歯車４の第２の歯車部４ｂと噛み合う。出力歯車５は、回転中心となる第３の支持軸６が設けられている。
【００１７】
また、図２中、出力歯車５の下側の面には、第１の突起部（可動当接部）１５ａが一体に設けられている。この第１の突起部１５ａは、後述する、ケース１２に設けた第２の突起部（固定当接部）１５ｂと当接し、出力歯車５の回転を所定の位置で止めるものである。なお第１の突起部（可動当接部）１５ａと第２の突起部（固定当接部）１５ｂは、ストッパ手段１５を構成するものである。
【００１８】
本実施形態では、中間歯車４、出力歯車５は、ロータ磁石２の回転を減速させて伝達するものである。
【００１９】
励磁コイル９は、銅などの導電性を有する金属線を、合成樹脂からなるボビン９ａに巻き付けて形成したものである。励磁コイル９は、ボビン９ａに設けた端子９ｂを介して、制御手段に接続され、この制御手段を通じた励磁信号入力に応じてロータ磁石２を回転させる回転磁界を発生させる。
【００２０】
ボビン９ａは、断面形状が長方形の貫通孔を備えた筒体である。そして、励磁コイル９は、ロータ磁石２の周囲に配置され、ボビン９ａの前記貫通孔内に、ロータ磁石２の一部が入り込んだ状態で、ロータ磁石２の円盤面の一部と前記貫通孔の内周面が対向している。
【００２１】
そして、２つの励磁コイル９には、図示しない制御手段から出力される駆動波形が、それぞれ入力されることによって、ロータ磁石２に回転磁界が発生し、ロータ磁石２に回転力を与えるものである。
【００２２】
ケース１２は、合成樹脂、例えばＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）からなり、上下に分割されている。各ケース１２に設けた係止爪１２ａを引っ掛けることで、上下に分割したケース１２を固定している。このケース１２には、出力歯車５に設けた第１の突起部１５ａに当接する第２の突起部１５ｂが一体に設けられていると共に固定磁石７をロータ磁石２に対向する所定位置で固定保持している。ケース１２は、第１の支持軸１０、第２の支持軸１１及び第３の支持軸６を回転可能に支持している。
【００２３】
固定磁石７は、Ｎ，Ｓ２極が半径方向に着磁された円筒状の磁石からなり、励磁信号入力の無い無励磁状態のときにロータ磁石２を所定の回転方向に付勢するものである。
【００２４】
図４は、ステッピングモータ１を計器装置Ｍに用いたものである。本実施形態の計器装置Ｍは、車両の速度を指針１４を用いて表示するものである。
【００２５】
指針１４は、第３の支持軸６に装着されるものである。この指針１４の背後には、指針１４が指示する目盛や文字などの指標部１７ａを備えた表示板１７が設けられている。指針１４は、ステッピングモータ１に設けたストッパ手段１５と固定磁石７とによって、所定の位置、本実施形態では、車速の「０」を示す位置に安定的に留められている。
【００２６】
図５は、無励磁状態におけるロータ歯車３、中間歯車４、出力歯車５の連結態様を模式的に示す説明図であり、ストッパ手段１５を構成する第１の突起部１５ａと第２の突起部１５ｂとが当接することによって、指針１４が所定の位置に当接している状態である。第１の突起部１５ａと第２の突起部１５ｂとは、ロータ磁石２に作用する固定磁石７の回転付勢力により、互いに離間しないように（互いに押圧状態となるように）設定されている。
【００２７】
すなわち、ロータ磁石２と固定磁石７とは、例えば固定磁石７のＳ極がロータ磁石２のＳ極と反発しあう位置関係に設定されている。このため、ロータ磁石２には、ＣＣＷ（反時計方向〜図５中、矢印参照）の回転力が働き、ロータ歯車３に噛み合う中間歯車４には、ロータ磁石２及びロータ歯車３と反対のＣＷ（時計方向〜図５中、矢印参照）の回転力が働き、中間歯車４と噛み合う出力歯車５には中間歯車４と反対のＣＣＷ（反時計方向〜図５中、矢印参照）の回転力が働く。このため第１の突起部１５ａが第２の突起部１５ｂに押しつけられた状態で指針１４が停止する。
【００２８】
ここで中間歯車４の歯数設定と組み付け順序について説明する。
まず本実施形態では、中間歯車４の第１の歯車部４ａは６６枚、第２の歯車部４ｂは１１枚、すなわち第１の歯車部４ａは第２の歯車部４ｂの自然数倍に設定されている（ちなみにロータ歯車３の歯数は１２枚に、出力歯車５は９０枚に設定されている）。
【００２９】
各歯車３〜５の組み付けは、まずケース１２にロータ歯車３と、出力歯車５をセットする（下側ケース１２による仮保持状態となる）。この際、ロータ歯車３の回転位置は、固定磁石７とロータ磁石２との位置関係に基づいて所定位置に位置決めされる。また出力歯車５の回転位置は、固定当接部１５ｂに対する可動当接部１５ａの位置関係に基づいて所定位置に位置決めされる。なおロータ歯車３と出力歯車５の位置決めは、製造ラインにて適宜手法を用いて行われ、またここで各所定位置とは、全歯車３〜５のセット（組み付け）が完了した状態で、最終的に固定磁石７の回転付勢力により可動当接部１５ａが固定当接部１５ｂを押圧する状態となるための位置を指すもので、必ずしも図５に示す位置に限定されない。次に中間歯車４をロータ歯車３と出力歯車５との間に挿入するようにセットする（この場合、下側ケース１２による仮保持状態となり、上側ケース１２の組み付けをもって本組み付けとなる）。中間歯車４は、大径となる第１の歯車部４ａがロータ歯車３に噛み合うよりも先に小径となる第２の歯車部４ｂが出力歯車５に噛み合うように構成しているため、第２の歯車部４ｂが出力歯車５に噛み合った後、第１の歯車部４ａがロータ歯車３に噛み合う。
【００３０】
ここで、第１の歯車部４ａと第２の歯車部４ｂの位置関係に注目してみると、前記のように第１の歯車部４ａは６６枚、第２の歯車部４ｂは１１枚に設定されているため、第１の歯車部４ａには、第２の歯車部４ｂの個々の歯に対応した噛み合い点ＥＰ１〜ＥＰ１１が中間歯車４のラジアル方向に１１個形成される。この噛み合い点ＥＰ１〜ＥＰ１１は、隣接する噛み合い点ＥＰ１〜ＥＰ１１の間隔が全て一定であり、個々の噛み合い点ＥＰ１〜ＥＰ１１間には６枚の歯が位置している。また各噛み合い点ＥＰ１〜ＥＰ１１は、ロータ歯車３との正規の噛み合い位置として、機械的（性能的）に等価であり、ロータ歯車３の所定歯と、どの噛み合い点ＥＰ１〜ＥＰ１１が噛み合っても全て同じ機能を果たす。
【００３１】
従って、まず最初に第２の歯車部４ｂを出力歯車５の所定歯と噛み合わせておくようにすれば、噛み合い点ＥＰ１〜ＥＰ１１の何れかが必ずロータ歯車３の所定歯と噛み合うため、ロータ歯車３と出力歯車５のそれぞれに対して中間歯車４の回転位置を定める必要がなく、組み付け作業性を向上させることができ、また組み付け時に歯同士がぶつかりあって組み付け不能となったり、せっかく位置決めしたロータ歯車３または出力歯車５の位置がずれてしまうといった問題も解消することができる。
【００３２】
なお第１の歯車部４ａを第２の歯車部４ｂの自然数倍に設定しても、第２の歯車部４ｂより先に第１の歯車部４ａを噛み合わせてしまうと、せっかくの噛み合い点ＥＰ１〜ＥＰ１１を無視することになり、目的とするメリットは得られない。
【００３３】
同様に第１の歯車部４ａより先に第２の歯車部４ｂを噛み合わせたとしても、第１の歯車部４ａを第２の歯車部４ｂの自然数倍に設定していなければ、噛み合い点が制限されてしまい、目的とするメリットは得られない。
【００３４】
以上のように、本発明によれば、第１の支持軸１０と、この第１の支持軸１０に軸支され外周面に回転方向に沿って多極着磁されたロータ磁石２と、このロータ磁石２と同軸回転するように第１の支持軸１０に軸支されるロータ歯車３と、第２の支持軸１１と、この第２の支持軸１１に軸支されロータ歯車３と噛み合う第１の歯車部４ａ及びこの第１の歯車部４ａと同軸回転するように第２の支持軸に軸支される第２の歯車４ｂとを有する中間歯車４と、第３の支持軸６と、この第３の支持軸６に軸支され第２の歯車部４ｂと噛み合う出力歯車５と、少なくともロータ磁石２、ロータ歯車３、中間歯車４、出力歯車５を収納すると共に第１，第２，第３の各回転軸１０，１１，６を軸支するケース１２と、励磁信号入力に応じてロータ磁石２を回転させる励磁コイル９と、励磁信号入力の無い無励磁状態のときにロータ磁石２を所定の回転方向に付勢する固定磁石（磁性部材）７とを備え、出力歯車５に可動当接部１５ａが設けられ、ケース１２に可動当接部１５ａと当接することにより第３の支持軸６の回転を停止させる固定当接部１５ｂが設けられ、無励磁状態においてロータ磁石２に作用する固定磁石７の回転付勢力により可動当接部１５ａが固定当接部１５ｂを押圧するようにロータ歯車３と中間歯車４と出力歯車５とを連結してなる計器用ステッピングモータにおいて、中間歯車４は第１の歯車部４ａがロータ歯車３に噛み合うより先に第２の歯車部４ｂが出力歯車５に噛み合うようにロータ歯車３及び出力歯車５の後に組み付けられるように構成され、第１の歯車部４ａの歯数を第２の歯車部４ｂの歯数の自然数倍に設定してなることにより、ロータ歯車３と出力歯車５のそれぞれに対して中間歯車４の回転位置を定める必要がなく、組み付け作業性を向上させることができ、また組み付け時に歯同士がぶつかりあって組み付け不能となったり、せっかく位置決めしたロータ歯車３または出力歯車５の位置がずれてしまうといった問題も解消することができる。
【００３５】
また本発明は、ロータ磁石２がヨーク等の磁性部材を介さずに励磁コイル９により直接駆動されるタイプのステッピングモータに好適である。
【００３６】
なお本実施形態では、第１の歯車部４ａを第２の歯車部４ｂの自然数倍に設定するにあたり、中間歯車４の第１の歯車部４ａを６６枚、第２の歯車部４ｂは１１枚に設定したが、各歯車部４ａ，４ｂの数は自然数倍であれば任意に設定できる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施形態のステッピングモータの上面図。
【図２】図１中のＡ−Ａ線の断面図。
【図３】同実施形態の上ケースを取り外したステッピングモータの上面図。
【図４】同実施形態のステッピングモータを用いた計器装置の正面図。
【図５】同実施形態の説明図。
【符号の説明】
【００３８】
１      ステッピングモータ
２      ロータ磁石
３      ロータ歯車
４      中間歯車
４ａ    第１の歯車部
４ｂ    第２の歯車部
５      出力歯車
６      出力軸
７      固定磁石（磁性部材）
９      励磁コイル
１０      第１の支持軸
１１      第２の支持軸
１２      ケース
１４      指針
１５      ストッパ手段
１５ａ    第１の突起部
１５ｂ    第２の突起部
１７      表示板
ＥＰ１〜１１  噛み合い点
Ｍ      計器装置
【図１】
0005233319.tif 000002
【図２】
0005233319.tif 000003
【図３】
0005233319.tif 000004
【図４】
0005233319.tif 000005
【図５】
0005233319.tif 000006